Особености получения электрической энергии

Использование природных источников электрической энергии (молнии, атмосферное электричество) на сегодняшний день человеком не освоено, поэтому электричество получают из других энергоносителей. На сегодняшний день, электрическая энергия является вторичной энергией, стоимость которой существенно выше стоимости природных ископаемых энергоресурсов.

Так, например, 1 м³ природного газа стоимостью по самому высокому тарифу 2,68 Грн по теплотворной способности соответствует 1,15 кг условного топлива. Для получения такого же количества теплоты необходимо затратить 1,15 / 0,123 = 9,35 кВт·ч электрической энергии стоимостью 1,136 Грн (для юридических лиц), что соответствует 10,62 Грн (1 кг уловного топлива соответствует 0,123 кВт·ч). Таким образом, стоимость природного газа будет практически в 4 раза меньше стоимости электроэнергии. При потреблении природного газа по минимальному тарифу (0,7254 Грн за 1 м³) разница в стоимости составит более 14 раз [5 – 7].

С наибольшей эффективностью электричество производится из механической энергии с помощью генераторов переменного или постоянного тока. В них электрический ток начинает протекать при вращении катушки в магнитном поле. По данному принципу работают ветро-, гидро-, приливные электростанции в который механическая (кинетическая) энергия ветра или воды напрямую преобразовывается в электричество. Количество природных источников механической энергии (ветер, реки, морские волны) потенциально велико, однако большинство из них в Украине на сегодняшний день не освоено.

В настоящее время основным источником энергии является химическая энергия, заключенная в молекулярных связях ископаемого топлива. Однако преобразователи химической энергии на сегодняшний день существенно уступают по эффективности преобразования современным генераторам. Химические элементы характеризуются низкой удельной мощностью, а топливные элементы при высокой эффективности, имеют высокую стоимость за счет использования дорогих катализаторов (например, платины).

Это приводит к тому, что электрическая энергия из химической получается путем цепочки последовательных преобразований видов энергии. Так, например, в тепловых электростанциях конденсационного типа в топке котла химическая энергия топлива превращается в тепловую и световую энергию, которая нагревает теплоноситель (воду) до температуры 540 ⁰С под давлением 13 – 24 МПа. Перегретая вода по трубопроводам подается в паровую турбину, где ее давление снижается до уровня в 20 раз меньше атмосферного (≈ 0,005 МПа). В результате потенциальная энергия перегретой воды превращается в кинетическую энергию пара, который отдает ее ротору турбины. Турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий механическую (кинетическую) энергию вращения ротора генератора в электрический ток [8].

Аналогичным способом электроэнергию получают из атомной энергии, только вместо котла, в котором происходит сжигание химического топлива, теплоноситель греет атомный реактор.

Получение электрической энергии из других видов энергии на сегодняшний день характеризуется низкой эффективностью при высокой стоимости преобразователей. Световая энергия преобразуется в электрическую с помощью солнечных батарей, стоимость которых, вместе с обслуживанием на сегодняшний день меньше стоимости выработанной электроэнергии за весь период службы. Аналогично обстоит ситуация и с преобразователями тепловой энергии (термопары, элементы Пельтье).

Таким образом, на сегодняшний день, основное количество электрической энергии получают из химической или атомной энергии через ряд последовательных преобразований. Это обуславливает неизбежные потери, и, соответственно высокую стоимость получаемой электроэнергии.

Улучшение данной ситуации возможно путем развития альтернативных источников энергии, в первую очередь ветро-, гидро-, приливных электростанций в которых природная механическая энергия непосредственно преобразовывается в электрическую. Ситуацию также может улучшить развитие технологии производства топливных элементов, которые напрямую преобразовывают химическую энергию в электричество, минуя промежуточные преобразования, используемые на современных ТЭС.

Дата добавления: 2014-12-16